变频技术在家电产品中的应用 (1).doc

变频技术在家电产品中的应用 家电由于具有高效、节能、舒适静噪等明显效果，因而其性能优势已逐渐在消费领域彰显出来。文章讨论了变频技术在家电产品中的应用情况，指出变频家电是新一代家用电器的发展趋势，变频技术已成为最具发展前景的焦点技术。?? 　　一、引言?? 　　通常，家用电器用得最多的是单相异步电动机，靠电容或电阻来分相。电机在工作时常处于短时重复状态（开／停），如空调、冰箱等。这样势必带来起动频繁、噪声大、电机寿命短、温度稳定性差以及能耗高等一系列弊端。随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术、传感器技术的迅速发展以及人们生活水平的不断提高，人们对家电产品提出了更高的消费要求。为此厂家们无不绞尽脑汁，不断开发出新一代更高档的家电产品，以满足和适应不同消费阶层的生活追求，变频家电就是新一代家用电器发展趋势之一。它不但给这些家电产品带来功能的增加、性能的改善，而且具有明显的节能效果和降噪效果，同时使整机寿命较传统家电有明显提高。因此，近年来各国家电厂商都在竞相开发变频家电产品。?? 　　变频家电分交流变频和直流变频两类。交流变频家电是指采用三相感应电机的产品，而直流变频家电是指采用三相直流无刷电机的产品。两者相比，后者能较比高，尺寸也比较小，但价格却比前者高出许多。目前，我国制造的变频家电大多数都是交流变频产品。以变频空调来说，2001年我国变频空调的产量预计可达200万台，比去年上升7％，其中交流变频空调占总量的90％以上。目前，越来越多的家电OEM开始涉足变频家电领域。海信放弃定速空调产品，全线变频；海尔、格力、科龙、春兰、长虹相继进入变频空调领域。2000年4月，科龙首推变频冰箱，改写了被业内人士誉为“最成熟、最稳定”的冰箱业市场格局。同年5月，小天鹅公司率先研发的直流变频洗衣机亮相京城各大市场┄┄。至此“变频”与家电厂结缘，成为家电业的一个崭新的亮点，变频技术亦成为最具有发展前景的焦点技术。?? 　　二、异步电机变频调速原理?? 　　异步电机调速有许多方法，如变极调速、变转差率调速和变频调速等。前两种转差损耗大，效率低，对电机特性来说都有一定的局限性。?? 　　变频调速是通过改变定子电源变频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽（10－100％）和精度高等性能。节电效果在20％－30％。?? 　　变频调速分为两种方法：（1）交－直－交变频，（2）交－交变频。前者适用于高速小容量电机，后者适用于低速大容量拖动系统。?? 　　从异步电机的转速公式得知：?? n=60f/p·(1-s)=n?2?-Δn?1?? 　　式中：?n为电机的转速（r/min）；n?2?为同步转速（r/min）；Δn?1?为转差损失的转速（r/min）；p为磁极对数；s为转差率（％）；f为频率（Hz）。?? 　　从上式可以看出，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。又由异步电机的电势公式知道，外加电压近似地与频率和磁通的乘积成正比。即：?? U∝E≈C?1?f?φ?? 　　式中：?C?1?为常数，因此有：?? φ?∝?E／f≈U/f?? 　　若外加电压不变，则磁通?φ?随频率而改变，如频率f下降，磁通?φ?会增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速（VVVF），简称变频调速。?? 　　三、变频器的构成与工作原理?? 　　前已所述，异步电机的变频调速原理主要是通过改变电源频率来进行的。这一功能通常是通过变频器来实现的，变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。图1给出了PWM型交－直－交变频器的控制原理框图。由图可知，这是一个VVVP变频调速系统。首先是将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f的协调控制的要求。PWM的优点是能消除与抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。?? 　　近年来带驱动和保护电路的智能功率模块（IPM）相继面市。IPM是将三相逆变IGBT、驱动电路以及保护电路集成在一块芯片上，它的出现推动了变频家电市场的启动和发展。新